矿用隔爆型外壳设计应注意的问题

2005/10/19 11:25:09

　　摘　要　分析了在矿用隔爆外壳设计时容易出现的问题，以及如何准确地理解和使用国家有关标准。
　　关键词　隔爆接合面间隙　平面度　尺寸公差

　　矿用隔爆型外壳零部件的设计是否合理，公差标注得是否恰当，都要满足文献［1］和文献［3］的要求。设计者常常会遗漏掉一些参数，致使图纸设计不合格，笔者愿就这方面遇到的问题以BQZ-200隔爆型真空磁力启动器为例谈谈自己的看法。
　　矿用隔爆型的隔爆壳体和端盖虽然形状各异、开启方式不一，但都包括接线腔、主腔和支撑架三大部分。
　　按作用分类如下，标有“Δ”符号的为要阐述的部分。

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1　接线腔隔爆接合面的设计

1.1　腔体法兰与上盖
　　在设计接线腔上盖与腔体法兰的隔爆接合面时，标注的尺寸应把经加工和组装后尺寸的不一致性考虑在内，以提高成品率，并达到文献［1］所规定的数值。接线腔隔爆面参数如表1所示。

表1　标准规定参数与图纸应标注
参数的比较mm

项目	上盖端面				法兰端面				间隙 W	净容积／cm³
项目	L	L₁	平面度	厚度	L	L₁	平面度	厚度	间隙 W	净容积／cm³
GB3836.2 -83	≥25	≥9			≥25	≥9			≤0.5	＞100
图纸标注尺寸	＞25	≥10	0.08	＞12	＞25	10	0.08	＞12	0.3	＞100

　　例1：表1中，当外壳净容积V＞100cm³，隔爆面长度L为25mm时，接合面的间隙W≤0.5mm。而图纸上标注的数值应小于0.5mm，否则在加工时如产生正误差，则大于0.5mm，这就是考虑到了加工的分散性，给其加工留有余量，以减少废品。
　　如将间隙W标注为0.3mm,再经下式计算得出：
　　W_计算=上盖平面度0.08+法兰平面度0.08+隔爆面粗糙度0.063×2=0.286mm。
　　0.286mm接近0.3mm值,又满足小于0.5mm的要求。
　　例2：如图1和表1中螺栓通孔边缘至隔爆接合面的最小有效长度L₁不小于9mm，而在图纸上则应标注为10mm，就是基于上述道理。

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图1　接线腔隔爆接合面

1.2　接线腔上盖与腔体法兰的尺寸
　　接线腔上盖与腔体法兰的外围尺寸以相等为好。有些图纸把上盖尺寸做得比腔体法兰大1～2mm，理由是可以保护腔体法兰不受损伤。其实这样遇到较大的碰撞时，易使连接螺栓受到剪切力作用，重者螺栓断裂，轻者螺纹损伤，给以后的拆卸工作造成困难。

2　引入装置中联通节的设计

　　在设计引入装置时，对联通节的内径D₀和密封圈外径D的尺寸要注意两者之间的配合，如图2所示。应先根据电缆的外径来选择密封圈，再依密封圈外径确定联通节内径。

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图2　引入装置
1—金属垫圈；2—密封圈；3—钢质堵板；
4─联通节；5—压盘

　　如选用的密封圈外径D为φ68⁰_－0.74mm，而联通节选用内径D₀为φ68mm的钢管，这时对联通节内径的加工误差很关键,当D₀标注为φ68±1.5mm时，在上限时为φ69.5mm，而密封圈外径D在下限时为φ67.26mm,两者直径差为2.24mm，间隙有些过大。超过了表2中标准的规定值。

表2　GB3836.2-83中对联通节内径D₀与密封圈外径D的配合要求mm

D	D₀-D
≤20	≤1.0
20＜D≤60	≤1.5
＞60	≤2.0

　　联通节的尺寸如在下限时，则密封圈放不进去。联通节内径D₀与密封圈外径D的配合应符合文献［1］。
　　因此，联通节内径公差尺寸如为φ68^＋0.74₀时，则满足以上的要求。对引入装置中的堵板、垫圈和密封圈都有相应的尺寸要求，可参看文献［2］中的有关规定。

3　操纵机构中的尺寸关系

　　在操纵机构设计中，对启动和停止按钮杆和换相开关扳把轴都要镶嵌铜套。一是由于频繁使用而使隔爆间隙增大时便于修复和更换；二是防止在井下潮湿环境中生锈保证轴和杆件活动自如。它们之间除有合理的公差配合外，还有的有间隙要求。参见图3和表3、表4。

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图3　操纵机构

1—按钮套；2—按钮轴；3—按钮铜套；4—换向轴；
5—换向手柄；6—换向铜套；7—底座

表3　操作机构底座孔与铜套外径的公差配合mm

项目	扳把部分		起动和停止按钮部分
项目	合理公差	不合理公差	合理公差	不合理公差
底座孔径				
铜套外径			

3.1　操纵机构底座孔与铜套外径的尺寸关系

　　在设计时应注意底座孔与铜套外径的关系，两者是过盈配合，以使铜套不因扳把轴的转动或按钮杆的进出而随之活动。

表4　铜套内径与扳把轴径和按钮轴径的公差配合mm

项目	扳把部分		起动和停止按钮部分
项目	合理公差	不合理公差	合理公差	不合理公差
铜套内径
扳把轴径
起动按钮杆径
停止按钮杆径
铜套内径与上栏各轴、杆之间的间隙	W＜0.5	W＞0.5	W＜0.5	W＞0.5

以表2中所列的扳把部分为例，底座孔的不合理公差尺寸为

mm，铜套外径不合理的公差尺寸为

mm，两者显然为间隙配合，不符合过盈配合要求。应按文献［3］过盈配合中的H7/n6配合，按钮部分同理。

3.2　铜套内径与扳把轴径和按钮杆径间的尺寸关系
　　扳把轴和两个按钮杆是经常进行操作的部分，铜套易于磨损，故设计时应使其能在自如活动的条件下，尽量减小铜套内径与轴和杆之间的间隙，以延长铜套的使用寿命。并且其间隙不能超过有关隔爆间隙的要求，以W≤0.3mm为宜。这样既考虑到加工工艺难度也满足了隔爆间隙的要求。合理公差分别列于表3中，其最大隔爆间隙W=0.27mm，大大小于文献［1］中所规定的W≤0.5mm值。
　　表3中不合理公差栏中的尺寸由于公差选择的不合理，致使隔爆间隙达0.51mm，超过了规定值。

4　主腔隔爆接合面间隙的设计

　　端盖隔爆接合面间隙的设计至关重要，如果绘出如图4所示的尺寸，不做深入分析时，认为尺寸合理，其隔爆间隙不超出文献［1］中的要求：mm，mm，W≤0.4mm。

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图4　主腔隔爆接合面

　　现计算分析如下：
　　最大间隙=(8+0.17)－（8－0.22）=0.39mm。
　　此值小于0.4mm，但经推敲不但没有考虑端盖两个法兰的平面度，而且A、B处尺寸设计也不够合理。如法兰的平面度取9级为0.1mm时，A、B处尺寸不修改，则：最大间隙=（8＋0.17）－（8－0.22）＋（2×0.1）=0.59mm，该值既大于0.4mm，也大于GB3836.2-83中W≤0.5mm的规定，如将A、B处尺寸改为8^+0.14_+0.05mm，B处尺寸改为8^-0.05_-0.12，平面度公差仍为9级，则最大间隙为

（8＋0.14）－（8－0.12）＋（2×0.1）=0.46mm

　　此值虽满足国标中的要求，但由于加工的不一致性，还有些偏大，如把平面度公差改为8级0.06mm时，产成品端盖两法兰之间的间隙才比较可靠，此时则为

（8＋0.14）－（8－0.12）＋(2×0.06)=0.38mm

　　再有要注意的地方是：端盖法兰设计时，应把有啮口的法兰焊在端盖上,这样有利于保护隔爆面不被碰撞和减少变形。

5　观察窗的设计

　　在设计观察窗时，需要注意两个地方的尺寸:一是透明件压板的固定螺栓和不透螺孔紧固后还须留有大于2倍防松垫圈厚度的螺纹余量，如图5所示A处尺寸应满足文献［1］中11.2的这一要求。二是紧固用螺孔不得穿通外壳壁，螺孔周围及底部的厚度不小于螺孔直径的1／3，至少为3.0mm。如图5所示的B处尺寸。这是文献［1］中11.3的要求。

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图5　观察窗
1—窗框；2—透明件；3—衬垫；4—压板

6　外壳支撑架的设计

　　设计外壳支撑架时，对支撑架两根支撑轨两端的弯曲角度往往不予重视，有的直接弯成略小于90°的角状。由于煤矿井下地面不平，在拖动时需费很大力气，因而两端应设计成与地面倾角大致等于45°的弧状为宜，如图6所示。

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图6　支撑轨

　　在支撑轨的两端还应钻直径不小于14mm的圆孔，以便运输、吊装或搬运时穿上钢丝拖动。

作者简介：李　英　1960年生，工程师，1988年毕业于中国矿业大学机械化专业，毕业后一直从事机械结构设计及新产品开发工作。地址：北京市石景山区南宫，邮码：100042。
作者单位：北京煤炭工业学校

参考文献

　1　GB3836.2-83爆炸性气体环境用防爆电气设备隔爆电气设备“d”
　2　JB4262-92防爆电器用橡套电缆引入装置
　3　GB1801-79～GB1804-79公差与配合

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